Κατάλογος Εκδηλώσεων

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Δημητρίου Χρονόπουλου

με θέμα

Διηλεκτρικές Ιδιότητες Μόνωσης Πόλων Στάτη Κινητήρα για Ηλεκτρικά Οχήματα υπό Κυκλική Θερμική Γήρανση
Dielectric Properties of Pole Insulation of Traction Motors Under Ageing with Thermal Cycling

Εξεταστική Επιτροπή
Αναπληρωτής Καθηγητής Κωνσταντίνος Γυφτάκης  (επιβλέπων)
Καθηγητής Ευτύχης Κουτρούλης
Δρ Ελευθερία Σεργάκη
    
Περίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία ερευνά τις διηλεκτρικές ιδιότητες μόνωσης πόλων στάτη κινητήρα για ηλεκτρικά οχήματα υπό κυκλική θερμική γήρανση. Αποτελεί μέρος του ομαδικού πρότζεκτ TEAMstress στο πολυτεχνείο Κρήτης, το οποίο στοχεύει στην κατανόηση των διαδικασιών υποβάθμισης των μονωτικών υλικών σε πόλους κινητήρων. Το πρότζεκτ περιλαμβάνει την ανάπτυξη διαδικασιών δοκιμών ποιότητας, σχεδιασμό μοντέλου και ανάλυση διάφορων μηχανισμών γήρανσης, με ιδιαίτερη έμφαση στην κυκλική θερμική γήρανση στην παρούσα διπλωματική εργασία. Η αρχική ενότητα της διατριβής παρέχει μια συνοπτική επισκόπηση των ηλεκτρικών οχημάτων και των κινητήρων τους. Εξετάζει επίσης τον σύγχρονο κινητήρα μόνιμων μαγνητών που χρησιμοποιεί την τοπολογία YASA, που χαρακτηρίζεται από αξονική μαγνητική ροή μεταξύ δύο εξωτερικών ροτόρων και ενός εσωτερικού στάτη. Ακολούθως, περιγράφονται τα τυπικά σφάλματα που μπορεί να αντιμετωπίσουν οι ηλεκτρικοί κινητήρες. Παρουσιάζεται η παραγωγή σφαλμάτων, εστιάζοντας στις βασικές συνέπειες όπως τα βραχυκυκλώματα μεταξύ σπειρών, η εκκεντρότητα και η απομαγνητοποίηση. Επιπλέον, αναφέρονται οι ευρέως χρησιμοποιούμενες διαγνωστικές μέθοδοι με στόχο την πρόωρη ανίχνευση σφαλμάτων. Στη συνέχεια, η διατριβή εμβαθύνει στην παρακολούθηση της μόνωσης πόλου και τη θερμική γήρανση. Περιγράφει το σύστημα μόνωσης, τα διαγνωστικά τεστ για την αξιολόγηση της κατάστασης της μόνωσης και αναλύει τον μηχανισμό της θερμικής γήρανσης, μαζί με σχετική βιβλιογραφία πάνω σε αυτή. Κατά τη διάρκεια της πειραματικής διαδικασίας, η κύρια μέθοδος παρακολούθησης της κατάστασης της μόνωσης του πόλου πραγματοποιήθηκε μέσω impedance spectroscopy. Στη συνέχεια περιγράφεται το όργανο ανάλυσης FRAX και η διαδικασία για τη διεξαγωγή των πειραματικών δοκιμών. Η ενότητα σχετικά με το πείραμα που πραγματοποιήθηκε ξεκινά με την ανάπτυξη ενός πολύπλοκου ισοδύναμου μοντέλου για τον πόλο. Στη συνέχεια εξετάζεται η θερμική κυκλική γήρανση και αναλύονται τα αποτελέσματα χρησιμοποιώντας γραφήματα impedance spectroscopy, διαγράμματα Nyquist και κατανομές breakdown voltage. Η διπλωματική εξετάζει επίσης τη θερμική γήρανση υπό σταθερή θερμοκρασία για την κατανόηση της απουσίας θερμομηχανικών επιδράσεων και εξετάζει πολλαπλούς μηχανισμούς γήρανσης, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρομηχανικής, χρησιμοποιώντας έναν μηχανικό επιταχυντή. Συνοψίζοντας, αυτή η διατριβή παρουσιάζει τη διαδικασία της θερμικής κυκλικής γήρανσης και άλλους μηχανισμούς υποβάθμισης ενώ εξετάζει το impedance spectroscopy ως τεχνική παρακολούθησης για την αξιολόγηση της κατάστασης της μόνωσης του πόλου.

Abstract 
This diploma thesis investigates the dielectric properties of pole insulation in traction motors subjected to aging through thermal cycling. It is a part of the TEAMstress project at the Technical University of Crete, which aims to understand the degradation processes of insulating materials in traction motor poles. The project encompasses the development of quality testing procedures, model design, and analysis of various aging mechanisms, with a particular focus on thermal cycling stress in this thesis. Impedance spectroscopy serves as the monitoring technique utilized throughout the project to generate results. The initial section of the thesis provides a concise overview of electric vehicles and their traction motors. It also examines the permanent magnet synchronous motor utilizing the YASA topology, characterized by axial flux pathing between two external rotors and an internal stator, which is the specific traction motor under investigation. Following this, the thesis outlines the typical faults that electric motors may encounter. It delves into fault generation, focusing on prevalent sequences such as inter-turn short circuits, eccentricity, and demagnetization. Additionally, it discusses the widely employed diagnostic methods aimed at early fault detection. Subsequently, the thesis delves into pole insulation monitoring and thermal aging. It describes the insulation system, diagnostic tests to assess insulation condition, and analyzes the thermal cycling mechanism, along with relevant literature on thermal cycling testing. During the experimental process, impedance spectroscopy is the primary method for monitoring pole insulation condition. The thesis outlines the FRAX analyzer instrument and the procedure for conducting experimental tests. The section on performed work begins with the development of a complex equivalent circuit for the pole specimen. It then explores thermal cycling stress and analyzes results using impedance spectroscopy plots, Nyquist diagrams and breakdown voltage distributions. The thesis also investigates fixed thermal degradation to understand the absence of thermomechanical effects and examines multi-stress mechanisms, including electromechanical stress, using an in-house designed mechanical accelerator. In summary, this thesis provides insights into thermal cycling stress and other degradation mechanisms while examining impedance spectroscopy as a monitoring technique for assessing pole insulation condition.